Текущее состояние и перспективы развития высокоточных стандартов частоты и национальной шкалы времени

Одной из основных задач, возложенных на Главный метрологический центр Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), является обеспечение ключевых индикаторов и показателей реализации мероприятий по поддержанию, функционированию и развитию ГЛОНАСС. Комплекс средств фундаментального обеспечения ГЛОНАСС в том числе предназначен для согласования национальной шкалы времени России UTC (SU), на основе которой строится системная шкала времени ГЛОНАСС, со шкалой всемирного координированного времени UTC. Основу этого комплекса составляют средства формирования и передачи UTC (SU), функционально входящие в состав Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ1-2022, вторичных и рабочих эталонов Росстандарта, Минобороны России и других министерств и ведомств.

Введение в состав ГЭТ1-2022 высокоточных стандартов частоты нового поколения позволило значительно увеличить вклад ГЭТ1-2022 в формирование шкалы Всемирного координированного времени UTC. В настоящее время наибольший вклад в UTC вносит ГЭТ1-2022 (23 %), вклад эталона Военно-морской обсерватории США равен 17 %. Смещение шкалы времени UTC(SU) относительно UTC не превысило 3 нс за несколько последних лет. По таким показателям, как нестабильность частоты и средний вклад в формирование UTC, атомные стандарты из состава ГЭТ1-2022 существенно превосходят аналогичные стандарты из составов национальных эталонов других стран. Согласно официальной информации Международного бюро мер и весов установлено, что национальная шкала координированного времени Российской Федерации UTC(SU) является одной из лучших национальных реализаций UTC, а национальная шкала атомного времени TA(SU) занимает лидирующие позиции по нестабильности среди шкал времени, реализованных ведущими зарубежным лабораториями времени.

С целью сохранения лидирующих позиций в области времени и частоты, а также удовлетворения запросов широкого круга потребителей в эталонных сигналах оптической частоты во ФГУП «ВНИИФТРИ» проводятся работы по созданию оптических стандартов частоты нового поколения с использованием современных лазерных технологий. В настоящее время оптический стандарт на основе холодных атомов стронция включен в состав ГЭТ1-2022, что позволило улучшить его метрологические характеристики. Среди перспективных приложений оптических стандартов частоты, рассматриваемых и разрабатываемых во ФГУП «ВНИИФТРИ», следует отметить следующие:

• применение оптических стандартов частоты в наземном комплексе управления ГЛОНАСС, которое может открыть возможность существенного повышения точности частнотно-временных и пространственных определений;
• применение высокоточных оптических стандартов частоты для прямого измерения земных геоидов (гравитационная эквипотенциальная поверхность) с высоким пространственным разрешением на уровне нескольких сантиметров;
• точные измерения частоты, которые могут лечь в основу высокочувствительных тестов фундаментальных теорий (например, общей теории относительности);
• перспективные разработки ядерного стандарта частоты на изомерном переходе в тории-229.

Кроме того, учитывая, что в последнее десятилетие точность современных оптических стандартов частоты превысила точность лучших цезиевых стандартов (фонтанов) как минимум на 2 порядка, в 2016 г. Международным консультативным комитетом по времени и частоте (ССTF) была разработана «Дорожная карта» по переходу на новое определение секунды в Международной системе единиц СИ. В качестве основного пункта этой «Дорожной карты» предусматривается учет эффектов релятивистской геодезии (гравиметрии) с геоидной привязкой при проведении сличений пространственно удаленных оптических часов.

ФГУП «ВНИИФТРИ» принимает участие в международных мероприятиях по переходу на новое определение секунды, которое должно состояться в 2030 г. В рамках выполнения поручения Правительства РФ и для успешного выполнения отмеченного выше комплекса задач во ФГУП «ВНИИФТРИ» прорабатывается вопрос создания квантового центра для разработки единого эталонного комплекса, объединяющего высокоточные средства измерений в области времени, частоты, длины и гравиметрии.